• كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب، ظهر فرق الجهد بينهما أقوى، وبالتالي، ستكون الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة أعلى. ويحدد الجهد الموجود على الأنبوب سرعة الإلكترونات وقوة اصطدامها بمادة الأنود، وبالتالي فإن الجهد يحدد الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج.

تصنيف أنابيب الأشعة السينية

1. حسب الغرض
1. التشخيص
2. علاجي
3. للتحليل الهيكلي
4. لشفافة
2. حسب التصميم
1. بالتركيز

• تركيز فردي (دوامة واحدة على الكاثود، ونقطة بؤرية واحدة على الأنود)
• ثنائية البؤرة (يوجد حلزونان بأحجام مختلفة على الكاثود، ونقطتان بؤريتان على الأنود)

1. حسب نوع الأنود

• ثابتة (ثابتة)
• الدورية

تُستخدم الأشعة السينية ليس فقط لأغراض التشخيص بالأشعة السينية، ولكن أيضًا للأغراض العلاجية. كما ذكرنا أعلاه، فإن قدرة الأشعة السينية على قمع نمو الخلايا السرطانية تجعل من الممكن استخدامها في العلاج الإشعاعي للسرطان. بالإضافة إلى مجال التطبيق الطبي، وجدت الأشعة السينية تطبيقًا واسعًا في الهندسة وعلوم المواد وعلم البلورات والكيمياء والكيمياء الحيوية: على سبيل المثال، من الممكن تحديد العيوب الهيكلية في مختلف المنتجات (القضبان واللحامات وما إلى ذلك) باستخدام الأشعة السينية. ويسمى هذا النوع من البحث اكتشاف الخلل. وفي المطارات ومحطات القطار وغيرها من الأماكن المزدحمة، يتم استخدام المناظير التليفزيونية بالأشعة السينية بنشاط لفحص حقائب اليد والأمتعة لأغراض أمنية.

اعتمادًا على نوع الأنود، تختلف أنابيب الأشعة السينية في التصميم. نظرًا لحقيقة أن 99٪ من الطاقة الحركية للإلكترونات يتم تحويلها إلى طاقة حرارية، أثناء تشغيل الأنبوب، يحدث تسخين كبير للأنود - غالبًا ما يحترق هدف التنغستن الحساس. يتم تبريد الأنود في أنابيب الأشعة السينية الحديثة عن طريق تدويره. الأنود الدوار له شكل قرص، والذي يوزع الحرارة بالتساوي على سطحه بالكامل، مما يمنع ارتفاع درجة حرارة هدف التنغستن المحلي.

يختلف تصميم أنابيب الأشعة السينية أيضًا في التركيز. النقطة البؤرية هي منطقة الأنود حيث يتم إنشاء شعاع الأشعة السينية العاملة. مقسمة إلى نقطة بؤرية حقيقية ونقطة بؤرية فعالة ( أرز. 12). نظرًا لأن الأنود مائل، فإن النقطة البؤرية الفعالة أصغر من النقطة البؤرية الفعلية. يتم استخدام أحجام بؤرية مختلفة اعتمادًا على حجم مساحة الصورة. كلما كانت مساحة الصورة أكبر، يجب أن تكون النقطة البؤرية أوسع لتغطية مساحة الصورة بأكملها. ومع ذلك، فإن النقطة البؤرية الأصغر تنتج وضوحًا أفضل للصورة. لذلك، عند إنتاج صور صغيرة، يتم استخدام خيط قصير ويتم توجيه الإلكترونات إلى منطقة مستهدفة صغيرة من الأنود، مما يؤدي إلى إنشاء نقطة بؤرية أصغر.

أرز. 9- أنبوبة أشعة ذات أنود ثابت.
أرز. 10- أنبوبة أشعة ذات أنود دوار.
أرز. 11- جهاز أنبوب الأشعة السينية ذو الأنود الدوار.
أرز. 12 هو رسم تخطيطي لتشكيل نقطة محورية حقيقية وفعالة.

شدة- خاصية كمية لإشعاع الأشعة السينية، والتي يتم التعبير عنها بعدد الأشعة المنبعثة من الأنبوب لكل وحدة زمنية. يتم قياس شدة الأشعة السينية بالمللي أمبير. وبمقارنتها مع شدة الضوء المرئي من المصباح المتوهج التقليدي، يمكننا رسم تشبيه: على سبيل المثال، مصباح بقدرة 20 واط سوف يضيء بقوة أو قوة واحدة، ومصباح بقدرة 200 واط سوف يضيء بقوة أو قوة أخرى، في حين أن نوعية الضوء نفسه (طيفه) هي نفسها. إن شدة الأشعة السينية هي في الأساس مقدارها. يقوم كل إلكترون بإنشاء كمية واحدة أو أكثر من الإشعاع عند الأنود، وبالتالي يتم تنظيم عدد الأشعة السينية عند تعريض جسم ما عن طريق تغيير عدد الإلكترونات التي تتجه إلى الأنود وعدد تفاعلات الإلكترونات مع ذرات هدف التنغستن ، والذي يمكن القيام به بطريقتين:

1. عن طريق تغيير درجة تسخين دوامة الكاثود باستخدام محول تنحي (يعتمد عدد الإلكترونات المتولدة أثناء الانبعاث على مدى حرارة دوامة التنغستن، وسوف يعتمد عدد الكمات الإشعاعية على عدد الإلكترونات) ;

2. عن طريق تغيير قيمة الجهد العالي الذي يوفره محول الرفع إلى أقطاب الأنبوب - الكاثود والأنود (كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب، زادت الطاقة الحركية التي تتلقاها الإلكترونات والتي، بسبب طاقتها، يمكن أن تتفاعل مع عدة ذرات من مادة الأنود بدورها - انظر. أرز. 5; ستتمكن الإلكترونات ذات الطاقة المنخفضة من الدخول في تفاعلات أقل).

تتوافق شدة الأشعة السينية (تيار الأنود) مضروبة في وقت التعرض (وقت تشغيل الأنبوب) مع التعرض للأشعة السينية، والذي يتم قياسه بوحدة mAs (ملي أمبير في الثانية). التعرض هو عامل يحدد، مثل الشدة، عدد الأشعة المنبعثة من أنبوب الأشعة السينية. والفرق الوحيد هو أن التعريض يأخذ في الاعتبار أيضًا زمن تشغيل الأنبوب (على سبيل المثال، إذا عمل الأنبوب لمدة 0.01 ثانية، فسيكون عدد الأشعة واحدًا، وإذا كان 0.02 ثانية، فسيكون عدد الأشعة مختلفة - مرتين أكثر). يتم ضبط التعرض للإشعاع بواسطة أخصائي الأشعة على لوحة التحكم بجهاز الأشعة السينية، اعتمادًا على نوع الفحص وحجم الجسم الذي يتم فحصه والمهمة التشخيصية.

صلابة- الخصائص النوعية للأشعة السينية. يتم قياسه من خلال حجم الجهد العالي على الأنبوب - بالكيلو فولت. تحديد قوة اختراق الأشعة السينية. يتم تنظيمه بواسطة الجهد العالي الذي يتم توفيره لأنبوب الأشعة السينية بواسطة محول تصاعدي. كلما زاد فرق الجهد الناتج عبر أقطاب الأنبوب، زادت قوة صد الإلكترونات من الكاثود واندفاعها إلى الأنود وزادت قوة اصطدامها بالأنود. كلما كان تصادمهما أقوى، كلما كان الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج أقصر وكلما زادت قدرة هذه الموجة على الاختراق (أو صلابة الإشعاع، والتي، مثل شدته، يتم تنظيمها على لوحة التحكم بواسطة معلمة الجهد الكهربي الموجودة على الأنبوب - كيلو فولت).

أرز. 7- اعتماد الطول الموجي على الطاقة الموجية :

LA - الطول الموجي؛
هـ - الطاقة الموجية

· كلما زادت الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة، كلما كان تأثيرها على القطب الموجب أقوى، وقصر الطول الموجي لإشعاع الأشعة السينية الناتج. يُطلق على إشعاع الأشعة السينية ذو الطول الموجي الطويل وقوة الاختراق المنخفضة اسم "الناعم"؛ ويُطلق على إشعاع الأشعة السينية ذو الطول الموجي القصير وقدرة الاختراق العالية اسم "الصلب".

أرز. 8- العلاقة بين الجهد على أنبوب الأشعة السينية والطول الموجي لأشعة الأشعة السينية الناتجة:

· كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب الأنبوب، ظهر فرق الجهد بينهما أقوى، وبالتالي، ستكون الطاقة الحركية للإلكترونات المتحركة أعلى. يحدد الجهد الموجود على الأنبوب سرعة الإلكترونات وقوة اصطدامها بمادة الأنود، وبالتالي فإن الجهد يحدد الطول الموجي لأشعة الأشعة السينية الناتجة.

طبيعة الأشعة السينية

إشعاع Bremsstrahlung للأشعة السينية، خصائصه الطيفية.

الأشعة السينية المميزة (كمرجع).

تفاعل الأشعة السينية مع المادة.

الأساس المادي لاستخدام الأشعة السينية في الطب.

تم اكتشاف الأشعة السينية (الأشعة السينية) بواسطة K. Roentgen، الذي أصبح في عام 1895 أول حائز على جائزة نوبل في الفيزياء.

1. طبيعة الأشعة السينية

الأشعة السينية – الموجات الكهرومغناطيسية بطول من 80 إلى 10-5 نانومتر. يتداخل إشعاع الأشعة السينية طويل الموجة مع إشعاع الأشعة فوق البنفسجية قصير الموجة، ويتداخل إشعاع الأشعة السينية قصير الموجة مع إشعاع  طويل الموجة.

يتم إنتاج الأشعة السينية في أنابيب الأشعة السينية. الشكل 1.

ك – الكاثود

1 – شعاع الالكترون

2 – الأشعة السينية

أرز. 1. جهاز أنبوب الأشعة السينية.

الأنبوب عبارة عن دورق زجاجي (يحتمل أن يكون به فراغ عالٍ: يبلغ الضغط فيه حوالي 10-6 مم زئبق) مع قطبين كهربائيين: الأنود A والكاثود K، حيث يتم تطبيق الجهد العالي U (عدة آلاف فولت). الكاثود هو مصدر للإلكترونات (بسبب ظاهرة الانبعاث الحراري). الأنود عبارة عن قضيب معدني له سطح مائل لتوجيه إشعاع الأشعة السينية الناتج بزاوية إلى محور الأنبوب. وهي مصنوعة من مادة موصلة للحرارة للغاية لتبديد الحرارة الناتجة عن القصف الإلكتروني. يوجد في الطرف المشطوف صفيحة من المعدن المقاوم للحرارة (على سبيل المثال، التنغستن).

يرجع التسخين القوي للأنود إلى حقيقة أن غالبية الإلكترونات الموجودة في شعاع الكاثود، عند وصولها إلى الأنود، تتعرض لاصطدامات عديدة مع ذرات المادة وتنقل إليها طاقة كبيرة.

تحت تأثير الجهد العالي، يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من خيوط الكاثود الساخن إلى طاقات عالية. الطاقة الحركية للإلكترون هي mv 2/2. وهي تساوي الطاقة التي تكتسبها أثناء تحركها في المجال الكهروستاتيكي للأنبوب:

م 2/2 = الاتحاد الأوروبي (1)

حيث m وe هي كتلة وشحنة الإلكترون، وU هو الجهد المتسارع.

تنجم العمليات التي تؤدي إلى ظهور إشعاع الأشعة السينية bremsstrahlung عن التباطؤ الشديد للإلكترونات في مادة الأنود بواسطة المجال الكهروستاتيكي للنواة الذرية والإلكترونات الذرية.

ويمكن تقديم آلية حدوثها على النحو التالي. الإلكترونات المتحركة هي تيار معين يشكل مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به. تباطؤ الإلكترونات هو انخفاض في قوة التيار، وبالتالي تغيير في تحريض المجال المغناطيسي، مما سيؤدي إلى ظهور مجال كهربائي متناوب، أي. ظهور موجة كهرومغناطيسية.

وهكذا، عندما يطير جسيم مشحون إلى المادة، فإنه يتباطأ، ويفقد طاقته وسرعته، وينبعث منه موجات كهرومغناطيسية.

1. الخصائص الطيفية لإشعاع الأشعة السينية bremsstrahlung.

لذلك، في حالة تباطؤ الإلكترون في مادة الأنود، إشعاع Bremsstrahlung للأشعة السينية.

طيف الأشعة السينية bremsstrahlung مستمر. والسبب في ذلك هو ما يلي.

عندما تتباطأ الإلكترونات، يذهب جزء من الطاقة لتسخين الأنود (E 1 = Q)، والجزء الآخر لتكوين فوتون الأشعة السينية (E 2 = hv)، وإلا فإن eU = hv + Q. العلاقة بين هذه الأجزاء عشوائية.

وبالتالي، يتم تشكيل طيف مستمر من الأشعة السينية بسبب تباطؤ العديد من الإلكترونات، كل منها ينبعث من الأشعة السينية الكمومية hv (h) بقيمة محددة بدقة. حجم هذا الكم مختلفة لإلكترونات مختلفة.اعتماد تدفق طاقة الأشعة السينية على الطول الموجي ، أي. يظهر طيف الأشعة السينية في الشكل 2.

الشكل 2. طيف الأشعة السينية Bremsstrahlung: أ) عند الفولتية المختلفة U في الأنبوب؛ ب) عند درجات حرارة مختلفة T من الكاثود.

يتمتع إشعاع الموجة القصيرة (الصلب) بقدرة اختراق أكبر من إشعاع الموجة الطويلة (الناعمة). يتم امتصاص الإشعاع الناعم بقوة أكبر بواسطة المادة.

على جانب الطول الموجي القصير، ينتهي الطيف فجأة عند طول موجي معين  m i n . يحدث هذا الانكسار ذو الموجة القصيرة عندما يتم تحويل الطاقة التي اكتسبها الإلكترون في المجال المتسارع بالكامل إلى طاقة فوتون (Q = 0):

الاتحاد الأوروبي = hv ماكس = hc/ دقيقة،  دقيقة = hc/(eU)، (2)

 دقيقة (نانومتر) = 1.23/UkV

يعتمد التركيب الطيفي للإشعاع على الجهد الموجود على أنبوب الأشعة السينية؛ مع زيادة الجهد، تتحول القيمة  m i n نحو الأطوال الموجية القصيرة (الشكل 2 أ).

عندما تتغير درجة حرارة الكاثود T، يزداد انبعاث الإلكترونات. ونتيجة لذلك، يزداد التيار I في الأنبوب، لكن التركيب الطيفي للإشعاع لا يتغير (الشكل 2 ب).

يتناسب تدفق الطاقة Ф  bremsstrahlung بشكل مباشر مع مربع الجهد U بين الأنود والكاثود، والقوة الحالية I في الأنبوب والعدد الذري Z لمادة الأنود:

Ф = kZU 2 I. (3)

حيث ك = 10 –9 واط/(الخامس 2 أ).

في عام 1895، اكتشف الفيزيائي الألماني رونتجن، أثناء إجراء تجارب على مرور التيار بين قطبين كهربائيين في الفراغ، أن شاشة مغطاة بمادة مضيئة (ملح الباريوم) تتوهج، على الرغم من أن أنبوب التفريغ مغطى بشاشة من الورق المقوى الأسود - هذا يتم كيفية اختراق الإشعاع من خلال حواجز غير شفافة تسمى الأشعة السينية X-rays. تم اكتشاف أن إشعاع الأشعة السينية، غير المرئي للإنسان، يتم امتصاصه في الأجسام المعتمة بقوة أكبر، كلما زاد العدد الذري (الكثافة) للحاجز، لذلك تمر الأشعة السينية بسهولة عبر الأنسجة الرخوة لجسم الإنسان، ولكن وتحتفظ بها عظام الهيكل العظمي. تم تصميم مصادر الأشعة السينية القوية للسماح للمرء بفحص الأجزاء المعدنية والعثور على العيوب الداخلية فيها.

واقترح الفيزيائي الألماني لاو أن الأشعة السينية هي نفس الإشعاع الكهرومغناطيسي كأشعة الضوء المرئية، ولكن بطول موجي أقصر وتنطبق عليها جميع قوانين البصريات، بما في ذلك إمكانية الحيود. في بصريات الضوء المرئي، يمكن تمثيل الحيود عند المستوى الأولي على أنه انعكاس الضوء من نظام من الخطوط - محزوز الحيود، الذي يحدث فقط عند زوايا معينة، وترتبط زاوية انعكاس الأشعة بزاوية السقوط ، المسافة بين خطوط محزوز الحيود والطول الموجي للإشعاع الساقط. لكي يحدث الحيود، يجب أن تكون المسافة بين الخطوط مساوية تقريبًا للطول الموجي للضوء الساقط.

اقترح لاو أن الأشعة السينية لها طول موجي قريب من المسافة بين الذرات الفردية في البلورات، أي. تشكل الذرات الموجودة في البلورة محزوز حيود للأشعة السينية. انعكست الأشعة السينية الموجهة إلى سطح البلورة على لوحة التصوير الفوتوغرافي، كما تنبأت النظرية.

إن أي تغيرات في مواقع الذرات تؤثر على نمط الحيود، ومن خلال دراسة حيود الأشعة السينية يمكن معرفة ترتيب الذرات في البلورة والتغير في هذا الترتيب تحت أي تأثيرات فيزيائية وكيميائية وميكانيكية على البلورة.

في الوقت الحاضر، يُستخدم تحليل الأشعة السينية في العديد من مجالات العلوم والتكنولوجيا؛ حيث تم بمساعدته تحديد ترتيب الذرات في المواد الموجودة وإنشاء مواد جديدة ذات بنية وخصائص معينة. إن التطورات الحديثة في هذا المجال (المواد النانوية، المعادن غير المتبلورة، المواد المركبة) تخلق مجال نشاط للأجيال العلمية القادمة.

حدوث وخصائص الأشعة السينية

مصدر الأشعة السينية هو أنبوب الأشعة السينية الذي يحتوي على قطبين كهربائيين - الكاثود والأنود. عندما يتم تسخين الكاثود، يحدث انبعاث الإلكترونات؛ يتم تسريع الإلكترونات الهاربة من الكاثود بواسطة المجال الكهربائي وتضرب سطح الأنود. ما يميز أنبوب الأشعة السينية عن أنبوب الراديو التقليدي (الصمام الثنائي) هو بشكل أساسي جهد التسارع العالي (أكثر من 1 كيلو فولت).

عندما يغادر الإلكترون الكاثود، يجبره المجال الكهربائي على الطيران نحو القطب الموجب، بينما تزداد سرعته باستمرار؛ ويحمل الإلكترون مجالًا مغناطيسيًا، تزداد قوته مع زيادة سرعة الإلكترون. عند الوصول إلى سطح الأنود، يتباطأ الإلكترون بشكل حاد، وتظهر نبضة كهرومغناطيسية ذات أطوال موجية في فترة زمنية معينة (bremsstrahlung). يعتمد توزيع شدة الإشعاع على الأطوال الموجية على مادة الأنود في أنبوب الأشعة السينية والجهد المطبق، بينما على جانب الموجة القصيرة يبدأ هذا المنحنى عند عتبة معينة من الطول الموجي الأدنى، اعتمادًا على الجهد المطبق. يشكل مزيج الأشعة مع جميع الأطوال الموجية الممكنة طيفًا مستمرًا، والطول الموجي المقابل للكثافة القصوى هو 1.5 مرة من الطول الموجي الأدنى.

مع زيادة الجهد، يتغير طيف الأشعة السينية بشكل كبير بسبب تفاعل الذرات مع الإلكترونات عالية الطاقة وكميات الأشعة السينية الأولية. تحتوي الذرة على أغلفة إلكترونية داخلية (مستويات طاقة)، ​​ويعتمد عددها على العدد الذري (المشار إليه بالأحرف K، L، M، وما إلى ذلك). تقوم الإلكترونات والأشعة السينية الأولية بإخراج الإلكترونات من مستوى طاقة إلى آخر. تنشأ حالة شبه مستقرة وللانتقال إلى حالة مستقرة من الضروري قفزة الإلكترونات في الاتجاه المعاكس. ويصاحب هذه القفزة إطلاق كمية من الطاقة وظهور الأشعة السينية. على عكس الأشعة السينية ذات الطيف المستمر، فإن هذا الإشعاع له نطاق ضيق جدًا من الأطوال الموجية وكثافة عالية (إشعاع مميز) ( سم. أرز.). عدد الذرات التي تحدد شدة الإشعاع المميز كبير جدًا، على سبيل المثال، بالنسبة لأنبوب الأشعة السينية المزود بأنود نحاسي بجهد 1 كيلو فولت وتيار 15 مللي أمبير، تنتج 10 14 –10 15 ذرة مميزة؛ الإشعاع في 1 ثانية. يتم حساب هذه القيمة على أنها نسبة الطاقة الإجمالية لإشعاع الأشعة السينية إلى طاقة كمية الأشعة السينية من غلاف K (سلسلة K من الإشعاع المميز للأشعة السينية). تبلغ الطاقة الإجمالية للأشعة السينية 0.1% فقط من استهلاك الطاقة، ويتم فقدان الباقي بشكل رئيسي بسبب التحويل إلى حرارة.

نظرًا لكثافتها العالية ونطاق طولها الموجي الضيق، فإن الأشعة السينية المميزة هي النوع الرئيسي من الإشعاع المستخدم في البحث العلمي والتحكم في العمليات. بالتزامن مع أشعة السلسلة K، يتم إنشاء أشعة السلسلة L وM، والتي لها أطوال موجية أطول بكثير، ولكن استخدامها محدود. تحتوي السلسلة K على مكونين بأطوال موجية متقاربة a وb، في حين أن شدة المكون b أقل بخمس مرات من a. بدوره، يتميز المكون a بطولين موجيين قريبين جدًا، شدة أحدهما أكبر مرتين من الآخر. للحصول على إشعاع بطول موجي واحد (إشعاع أحادي اللون)، تم تطوير طرق خاصة تستخدم اعتماد امتصاص وحيود الأشعة السينية على الطول الموجي. ترتبط الزيادة في العدد الذري لعنصر ما بتغير في خصائص الأغلفة الإلكترونية، وكلما زاد العدد الذري لمادة الأنود في أنبوب الأشعة السينية، كلما كان الطول الموجي لسلسلة K أقصر. الأكثر استخدامًا هي الأنابيب ذات الأنودات المصنوعة من عناصر بأعداد ذرية من 24 إلى 42 (Cr، Fe، Co، Cu، Mo) وأطوال موجية من 2.29 إلى 0.712 أمبير (0.229 - 0.712 نانومتر).

بالإضافة إلى أنبوب الأشعة السينية، يمكن أن تكون مصادر إشعاع الأشعة السينية نظائر مشعة، بعضها يمكن أن ينبعث منها الأشعة السينية مباشرة، والبعض الآخر ينبعث منها إلكترونات وجسيمات تولد الأشعة السينية عند قصف الأهداف المعدنية. عادة ما تكون شدة إشعاع الأشعة السينية الصادرة عن المصادر المشعة أقل بكثير من أنبوب الأشعة السينية (باستثناء الكوبالت المشع، الذي يستخدم في اكتشاف العيوب وينتج إشعاعًا بطول موجي قصير جدًا - إشعاع g)، فهي تكون صغير الحجم ولا يحتاج إلى كهرباء. يتم إنتاج أشعة السنكروترون في مسرعات الإلكترونات؛ ويكون الطول الموجي لهذا الإشعاع أطول بكثير من الطول الموجي الذي يتم الحصول عليه في أنابيب الأشعة السينية (الأشعة السينية الناعمة)، وتكون شدته أعلى بعدة مرات من شدة إشعاع الأشعة السينية. أنابيب. هناك أيضًا مصادر طبيعية للأشعة السينية. تم العثور على شوائب مشعة في العديد من المعادن، وتم تسجيل انبعاث الأشعة السينية من الأجسام الفضائية، بما في ذلك النجوم.

تفاعل الأشعة السينية مع البلورات

في دراسات الأشعة السينية للمواد ذات البنية البلورية، يتم تحليل أنماط التداخل الناتجة عن تشتت الأشعة السينية بواسطة الإلكترونات التي تنتمي إلى ذرات الشبكة البلورية. تعتبر الذرات غير متحركة، ولا تؤخذ اهتزازاتها الحرارية في الاعتبار، وتعتبر جميع إلكترونات نفس الذرة مركزة عند نقطة واحدة - عقدة الشبكة البلورية.

لاشتقاق المعادلات الأساسية لحيود الأشعة السينية في البلورة، يؤخذ في الاعتبار تداخل الأشعة المنتشرة بواسطة الذرات الموجودة على طول خط مستقيم في الشبكة البلورية. تسقط موجة مستوية من الأشعة السينية أحادية اللون على هذه الذرات بزاوية جيب تمامها يساوي 0 . تشبه قوانين تداخل الأشعة المنتشرة بواسطة الذرات تلك الموجودة في محزوز الحيود، الذي ينثر إشعاع الضوء في نطاق الطول الموجي المرئي. ولكي تتجمع سعات جميع الاهتزازات على مسافة كبيرة من الصف الذري، فمن الضروري والكافي أن يحتوي الاختلاف في مسارات الأشعة القادمة من كل زوج من الذرات المجاورة على عدد صحيح من الأطوال الموجية. عندما تكون المسافة بين الذرات أيبدو هذا الشرط كما يلي:

أ(أ – أ 0) = حل،

حيث a هو جيب تمام الزاوية بين الصف الذري والشعاع المنحرف، ح –عدد صحيح. وفي جميع الاتجاهات التي لا تحقق هذه المعادلة، لا تنتشر الأشعة. وبالتالي، تشكل الأشعة المتناثرة نظامًا من المخاريط المحورية، المحور المشترك لها هو الصف الذري. آثار المخاريط على المستوى الموازي للصف الذري هي قطع زائدة، وعلى المستوى المتعامد مع الصف تكون دوائر.

عندما تسقط الأشعة بزاوية ثابتة، يتحلل الإشعاع متعدد الألوان (الأبيض) إلى طيف من الأشعة المنحرفة بزوايا ثابتة. وبالتالي، فإن السلسلة الذرية هي مطياف للأشعة السينية.

إن التعميم على شبكة ذرية (مسطحة) ثنائية الأبعاد، ثم على شبكة بلورية حجمية (مكانية) ثلاثية الأبعاد يعطي معادلتين أكثر تشابهًا، والتي تشمل زوايا حدوث وانعكاس إشعاع الأشعة السينية والمسافات بين الذرات في ثلاثة اتجاهات. تسمى هذه المعادلات معادلات لاو وتشكل أساس تحليل حيود الأشعة السينية.

يتم جمع سعات الأشعة المنعكسة من المستويات الذرية المتوازية، وما إلى ذلك. عدد الذرات كبير جدًا، ويمكن اكتشاف الإشعاع المنعكس تجريبيًا. يتم وصف حالة الانعكاس بواسطة معادلة Wulff-Bragg2d sinq = nl، حيث d هي المسافة بين المستويات الذرية المجاورة، q هي زاوية الرعي بين اتجاه الشعاع الساقط وهذه المستويات في البلورة، l هو الطول الموجي للشعاع الساقط. إشعاع الأشعة السينية، n هو عدد صحيح يسمى ترتيب الانعكاس. الزاوية q هي زاوية السقوط بالنسبة للمستويات الذرية على وجه التحديد، والتي لا تتطابق بالضرورة في الاتجاه مع سطح العينة قيد الدراسة.

تم تطوير عدة طرق لتحليل حيود الأشعة السينية، وذلك باستخدام الإشعاع ذي الطيف المستمر والإشعاع أحادي اللون. يمكن أن يكون الجسم قيد الدراسة ثابتًا أو دوارًا، ويمكن أن يتكون من بلورة واحدة (بلورة واحدة) أو عدة بلورات (متعدد البلورات)، ويمكن تسجيل الإشعاع المحيد باستخدام فيلم أشعة سينية مسطح أو أسطواني أو كاشف أشعة سينية يتحرك حول المحيط، ولكن في جميع الحالات أثناء التجربة وتفسير النتائج، يتم استخدام معادلة وولف-براج.

تحليل الأشعة السينية في العلوم والتكنولوجيا

ومع اكتشاف حيود الأشعة السينية، أصبح تحت تصرف الباحثين طريقة جعلت من الممكن، دون مجهر، دراسة ترتيب الذرات الفردية والتغيرات في هذا الترتيب تحت التأثيرات الخارجية.

التطبيق الرئيسي للأشعة السينية في العلوم الأساسية هو التحليل الهيكلي، أي التحليل الهيكلي. تحديد الترتيب المكاني للذرات الفردية في البلورة. للقيام بذلك، يتم زراعة بلورات مفردة ويتم إجراء تحليل الأشعة السينية، ودراسة مواقع الانعكاسات وكثافتها. لم يتم الآن تحديد هياكل المعادن فحسب، بل أيضًا المواد العضوية المعقدة، التي تحتوي خلايا الوحدة فيها على آلاف الذرات.

في علم المعادن، تم تحديد هياكل الآلاف من المعادن باستخدام تحليل الأشعة السينية وتم إنشاء طرق سريعة لتحليل المواد الخام المعدنية.

تتمتع المعادن ببنية بلورية بسيطة نسبيًا، وتتيح طريقة الأشعة السينية دراسة تغيراتها أثناء المعالجات التكنولوجية المختلفة وإنشاء الأساس المادي للتكنولوجيات الجديدة.

يتم تحديد التركيبة الطورية للسبائك من خلال موقع الخطوط على أنماط حيود الأشعة السينية، ويتم تحديد عدد البلورات وحجمها وشكلها من خلال عرضها، ويتم تحديد اتجاه البلورات (الملمس) من خلال شدتها. التوزيع في مخروط الحيود.

وباستخدام هذه التقنيات، يتم دراسة العمليات التي تتم أثناء التشوه البلاستيكي، بما في ذلك تجزئة البلورة، وحدوث الضغوط الداخلية والعيوب في البنية البلورية (الخلع). عندما يتم تسخين المواد المشوهة، تتم دراسة تخفيف الضغط ونمو البلورات (إعادة البلورة).

يحدد تحليل الأشعة السينية للسبائك تكوين وتركيز المحاليل الصلبة. عندما يظهر محلول صلب، تتغير المسافات بين الذرات، وبالتالي المسافات بين المستويات الذرية. هذه التغييرات صغيرة، لذلك تم تطوير طرق دقيقة خاصة لقياس فترات الشبكة البلورية بدقة أكبر بمقدار أمرين من دقة القياس باستخدام طرق البحث التقليدية بالأشعة السينية. إن الجمع بين القياسات الدقيقة لفترات الشبكة البلورية وتحليل الطور يجعل من الممكن بناء حدود مناطق الطور في مخطط الطور. كما يمكن لطريقة الأشعة السينية اكتشاف الحالات الوسيطة بين المحاليل الصلبة والمركبات الكيميائية - وهي المحاليل الصلبة المرتبة التي لا تكون ذرات الشوائب فيها عشوائية، كما في المحاليل الصلبة، وفي نفس الوقت ليست بترتيب ثلاثي الأبعاد، كما في المواد الكيميائية مركبات. تحتوي أنماط حيود الأشعة السينية للمحاليل الصلبة المرتبة على خطوط إضافية؛ ويبين تفسير أنماط حيود الأشعة السينية أن ذرات الشوائب تحتل أماكن معينة في الشبكة البلورية، على سبيل المثال، عند رؤوس المكعب.

عندما يتم إخماد سبيكة لا تخضع لتحولات الطور، قد ينشأ محلول صلب مفرط التشبع، ومع مزيد من التسخين أو حتى الاحتفاظ به في درجة حرارة الغرفة، يتحلل المحلول الصلب مع إطلاق جزيئات مركب كيميائي. وهذا هو تأثير الشيخوخة ويظهر على الأشعة السينية كتغير في موضع الخطوط وعرضها. تعد أبحاث التقادم ذات أهمية خاصة بالنسبة لسبائك المعادن غير الحديدية، على سبيل المثال، يؤدي التقادم إلى تحويل سبائك الألومنيوم الصلبة واللينة إلى مادة هيكلية متينة هي دورالومين.

تعتبر دراسات الأشعة السينية للمعالجة الحرارية للصلب ذات أهمية تكنولوجية كبيرة. عند التبريد (التبريد السريع) للفولاذ، يحدث انتقال طور الأوستينيت-المارتنسيت الخالي من الانتشار، مما يؤدي إلى تغيير في الهيكل من المكعب إلى الرباعي، أي. تأخذ خلية الوحدة شكل المنشور المستطيل. ويتجلى هذا في الصور الشعاعية في توسيع الخطوط وتقسيم بعض الخطوط إلى قسمين. لا تقتصر أسباب هذا التأثير على التغير في البنية البلورية فحسب، بل أيضًا حدوث ضغوط داخلية كبيرة بسبب عدم التوازن الديناميكي الحراري للبنية المارتنسيتية والتبريد المفاجئ. عند التقسية (تسخين الفولاذ المتصلب)، تضيق الخطوط الموجودة على أنماط حيود الأشعة السينية، ويرتبط ذلك بالعودة إلى بنية التوازن.

في السنوات الأخيرة، اكتسبت دراسات الأشعة السينية لمعالجة المواد ذات تدفقات الطاقة المركزة (أشعة الليزر، وموجات الصدمة، والنيوترونات، ونبضات الإلكترون) أهمية كبيرة، حيث تطلبت تقنيات جديدة وأنتجت تأثيرات أشعة سينية جديدة. على سبيل المثال، عندما تعمل أشعة الليزر على المعادن، يحدث التسخين والتبريد بسرعة كبيرة بحيث أنه أثناء التبريد، لا يكون لدى البلورات الموجودة في المعدن سوى الوقت الكافي للنمو إلى أحجام عدة خلايا أولية (بلورات نانوية) أو ليس لديها وقت للظهور على الإطلاق. وبعد التبريد، يبدو هذا المعدن مثل المعدن العادي، لكنه لا يعطي خطوطًا واضحة على نمط حيود الأشعة السينية، وتتوزع الأشعة السينية المنعكسة على كامل نطاق زوايا الرعي.

بعد تشعيع النيوترونات، تظهر بقع إضافية (حد أقصى منتشر) على أنماط حيود الأشعة السينية. ويسبب التحلل الإشعاعي أيضًا تأثيرات محددة للأشعة السينية مرتبطة بالتغيرات في البنية، بالإضافة إلى حقيقة أن العينة قيد الدراسة نفسها تصبح مصدرًا لإشعاع الأشعة السينية.

المحاضرة 32 الأشعة السينية

المحاضرة 32 الأشعة السينية

1. مصادر الأشعة السينية.

2. إشعاع الأشعة السينية Bremsstrahlung.

3. الأشعة السينية المميزة. قانون موزلي.

4. تفاعل الأشعة السينية مع المادة. قانون الضعف.

5. الأسس الفيزيائية لاستخدام الأشعة السينية في الطب.

6. المفاهيم والصيغ الأساسية.

7. المهام.

الأشعة السينية -الموجات الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي من 100 إلى 10 -3 نانومتر. على مقياس الموجات الكهرومغناطيسية، تحتل الأشعة السينية المنطقة الواقعة بين الأشعة فوق البنفسجية و γ - الإشعاع.

32.1. مصادر الأشعة السينية

المصادر الطبيعية للأشعة السينية هي بعض النظائر المشعة (على سبيل المثال، 55 Fe). المصادر الاصطناعية للأشعة السينية القوية هي أنابيب الأشعة السينية(الشكل 32.1).

أرز. 32.1.جهاز أنبوب الأشعة السينية

أنبوب الأشعة السينية عبارة عن دورق زجاجي مفرغ به قطبين كهربائيين: الأنود A والكاثود K، حيث يتم إنشاء جهد عالي U (1-500 كيلو فولت). الكاثود عبارة عن حلزوني يتم تسخينه بواسطة تيار كهربائي. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود الساخن (الانبعاث الحراري) بواسطة مجال كهربائي إلى كبيرالسرعات (وهذا هو سبب الحاجة إلى الجهد العالي) وتقع على أنود الأنبوب. عندما تتفاعل هذه الإلكترونات مع مادة الأنود، ينشأ نوعان من الأشعة السينية: الكبحو مميزة.

يقع سطح عمل الأنود بزاوية معينة على اتجاه شعاع الإلكترون من أجل إنشاء الاتجاه المطلوب للأشعة السينية.

يتم تحويل حوالي 1% من الطاقة الحركية للإلكترونات إلى أشعة سينية. يتم إطلاق بقية الطاقة كحرارة. ولذلك، فإن سطح العمل للأنود مصنوع من مادة مقاومة للحرارة.

32.2. الأشعة السينية Bremsstrahlung

الإلكترون الذي يتحرك في وسط معين يفقد سرعته. في هذه الحالة، يحدث تسارع سلبي. وفقا لنظرية ماكسويل، أي تسارعتكون حركة الجسيم المشحون مصحوبة بالإشعاع الكهرومغناطيسي. يسمى الإشعاع الناتج عندما يتباطأ الإلكترون في مادة الأنود إشعاع Bremsstrahlung للأشعة السينية.

يتم تحديد خصائص bremsstrahlung من خلال العوامل التالية.

1. ينبعث الإشعاع من الكميات الفردية التي ترتبط طاقاتها بالتردد بالصيغة (26.10)

حيث ν هو التردد، α هو الطول الموجي.

2. جميع الإلكترونات التي تصل إلى القطب الموجب لها نفس الشيءالطاقة الحركية تساوي عمل المجال الكهربائي بين الأنود والكاثود:

حيث e هو شحنة الإلكترون، U هو الجهد المتسارع.

3. تنتقل الطاقة الحركية للإلكترون جزئيا إلى المادة وتذهب لتسخينها (Q)، وتنفق جزئيا على تكوين كمية الأشعة السينية:

4. العلاقة بين Q وhv بطريق الخطأ.

وبسبب الخاصية الأخيرة (4)، تم توليد الكميات متنوعالإلكترونات، لديها متنوعالترددات والأطوال الموجية. ولذلك، فإن طيف الأشعة السينية bremsstrahlung هو مستمر.عرض نموذجي الكثافة الطيفيةيظهر تدفق الأشعة السينية (Φ Φ = άΦ / άρ) في الشكل. 32.2.

أرز. 32.2.طيف الأشعة السينية Bremsstrahlung

وعلى جانب الموجة الطويلة، يقتصر الطيف على طول موجي قدره 100 نانومتر، وهو الحد الأقصى لإشعاع الأشعة السينية. على جانب الموجة القصيرة، يقتصر الطيف على الطول الموجي  دقيقة. حسب الصيغة (32.2) الحد الأدنى من الطول الموجييتوافق مع الحالة Q = 0 (يتم تحويل الطاقة الحركية للإلكترون بالكامل إلى طاقة كمومية):

تظهر الحسابات أن التدفق (Φ) للأشعة السينية bremsstrahlung يتناسب طرديا مع مربع الجهد U بين

الأنود والكاثود، القوة الحالية I في الأنبوب والعدد الذري Z لمادة الأنود:

يظهر في الشكل 1 أطياف الأشعة السينية Bremsstrahlung عند جهود مختلفة ودرجات حرارة مختلفة للكاثود ومواد مختلفة للأنود. 32.3.

أرز. 32.3.طيف الأشعة السينية Bremsstrahlung (Φ χ):

أ - عند الفولتية المختلفة U في الأنبوب؛ ب - عند درجات حرارة مختلفة ت

الكاثود. ج - لمواد الأنود المختلفة التي تختلف في المعلمة Z

مع زيادة الجهد الأنود، القيمة μminيتحول نحو أطوال موجية أقصر. وفي الوقت نفسه، يزداد ارتفاع المنحنى الطيفي (الشكل 32.3، أ).

ومع زيادة درجة حرارة الكاثود، يزداد انبعاث الإلكترون. وبناءً على ذلك، يزداد التيار I في الأنبوب. يزداد ارتفاع المنحنى الطيفي، لكن التركيبة الطيفية للإشعاع لا تتغير (الشكل 32.3، ب).

عندما تتغير مادة الأنود، يتغير ارتفاع المنحنى الطيفي بما يتناسب مع العدد الذري Z (الشكل 32.3، ج).

32.3. الأشعة السينية المميزة. قانون موزلي

عندما تتفاعل إلكترونات الكاثود مع ذرات الأنود، جنبًا إلى جنب مع الأشعة السينية الكبحية، يتم إنتاج الأشعة السينية، التي يتكون طيفها من خطوط منفصلة.هذا هو الإشعاع

له الأصل التالي. تخترق بعض إلكترونات الكاثود عمق الذرة وتطرد الإلكترونات منها. قذائف داخلية.تمتلئ الوظائف الشاغرة في هذه الحالة بالإلكترونات من العلويقذائف، ونتيجة لذلك تنبعث الكميات الإشعاعية. ويحتوي هذا الإشعاع على مجموعة منفصلة من الترددات تحددها مادة الأنود ويسمى الإشعاع المميز.الطيف الكامل لأنبوب الأشعة السينية هو تراكب للطيف المميز على طيف bremsstrahlung (الشكل 32.4).

أرز. 32.4.طيف إشعاع أنبوب الأشعة السينية

تم اكتشاف وجود أطياف الأشعة السينية المميزة باستخدام أنابيب الأشعة السينية. وفي وقت لاحق وجد أن هذه الأطياف تنشأ من أي تأين للمدارات الداخلية للعناصر الكيميائية. بعد دراسة الأطياف المميزة للعناصر الكيميائية المختلفة، أنشأ ج. موسلي (1913) القانون التالي الذي يحمل اسمه.

الجذر التربيعي لتردد الإشعاع المميز هو دالة خطية للرقم التسلسلي للعنصر:

حيث ν هو تردد الخط الطيفي، Z هو العدد الذري للعنصر الباعث، A، B ثوابت.

يسمح لك قانون موسلي بتحديد العدد الذري لعنصر كيميائي من طيف الإشعاع المميز المرصود. وقد لعب هذا دورًا كبيرًا في ترتيب العناصر في الجدول الدوري.

32.4. تفاعل الأشعة السينية مع المادة. قانون التوهين

هناك نوعان رئيسيان من تفاعل الأشعة السينية مع المادة: التشتت والتأثير الكهروضوئي. أثناء التشتت، يتغير اتجاه حركة الفوتون. وفي التأثير الكهروضوئي، الفوتون استيعابها.

1. التشتت المتماسك (المرن).يحدث عندما تكون طاقة فوتون الأشعة السينية غير كافية للتأين الداخلي للذرة (طرد إلكترون من أحد الأغلفة الداخلية). وفي هذه الحالة يتغير اتجاه حركة الفوتون لكن طاقته وطوله الموجي لا يتغيران (ولهذا يسمى هذا التشتت مرنة).

2. التشتت غير المتماسك (كومبتون).يحدث عندما تكون طاقة الفوتون أكبر بكثير من طاقة التأين الداخلية A و: hv >> A و.

في هذه الحالة، ينفصل الإلكترون عن الذرة ويكتسب طاقة حركية معينة E k. ويتغير اتجاه حركة الفوتون أثناء تشتت كومبتون، وتنخفض طاقته:

يرتبط تشتت كومبتون بتأين ذرات المادة.

3. تأثير الصورةيحدث عندما تكون طاقة الفوتون hv كافية لتأين الذرة: hv > A u. وفي الوقت نفسه، الكم الأشعة السينية استيعابهاوتنفق طاقتها على تأين الذرة ونقل الطاقة الحركية إلى الإلكترون المنبعث E k = hv - A I.

يصاحب تشتت كومبتون والتأثير الكهروضوئي إشعاع الأشعة السينية المميز، لأنه بعد طرد الإلكترونات الداخلية، تمتلئ المناصب الشاغرة بالإلكترونات من الأصداف الخارجية.

تلألؤ الأشعة السينية.في بعض المواد، تتسبب الإلكترونات وكميات تشتت كومبتون، وكذلك إلكترونات التأثير الكهروضوئي، في إثارة الجزيئات، والتي تكون مصحوبة بانتقالات إشعاعية إلى الحالة الأرضية. وينتج عن ذلك توهج يسمى تألق الأشعة السينية. سمح تألق أكسيد البلاتين الباريوم لرونتجن باكتشاف الأشعة السينية.

قانون التوهين

يؤدي تشتت الأشعة السينية والتأثير الكهروضوئي إلى حقيقة أنه مع اختراق إشعاع الأشعة السينية بشكل أعمق، يتم إضعاف الحزمة الأولية للإشعاع (الشكل 32.5). الضعف هو الأسي:

تعتمد قيمة μ على المادة الممتصة وطيف الانبعاث. للحسابات العملية، باعتبارها سمة من سمات الضعف

أرز. 32.5.ضعف تدفق الأشعة السينية في اتجاه الأشعة الساقطة

أين λ - الطول الموجي؛ Z هو العدد الذري للعنصر؛ ك هو بعض ثابت.

32.5. الأساس المادي للاستخدام

الأشعة السينية في الطب

في الطب، يتم استخدام الأشعة السينية لأغراض التشخيص والعلاج.

التشخيص بالأشعة السينية- طرق الحصول على صور للأعضاء الداخلية باستخدام الأشعة السينية.

الأساس المادي لهذه الطرق هو قانون تخفيف إشعاع الأشعة السينية في المادة (32.10). يتم توحيد تدفق الأشعة السينية عبر المقطع العرضي بعد مرورها الأنسجة غير المتجانسةسوف تصبح غير متجانسة. يمكن تسجيل هذا التجانس على فيلم فوتوغرافي، أو شاشة فلورسنت، أو باستخدام كاشف ضوئي مصفوفي. على سبيل المثال، تختلف معاملات التوهين الشامل للأنسجة العظمية - Ca 3 (PO 4) 2 - والأنسجة الرخوة - بشكل رئيسي H 2 O - بمقدار 68 مرة (μ m عظم / μ m ماء = 68). كثافة العظام أعلى أيضًا من كثافة الأنسجة الرخوة. لذلك، تنتج الأشعة السينية صورة فاتحة للعظم على خلفية داكنة من الأنسجة الرخوة.

إذا كان العضو قيد الدراسة والأنسجة المحيطة بها لها معاملات توهين مماثلة، فهي خاصة عوامل التباين.على سبيل المثال، أثناء التنظير الفلوري للمعدة، يأخذ الشخص كتلة تشبه العصيدة من كبريتات الباريوم (BaSO 4)، والتي يكون معامل توهين كتلتها أكبر بـ 354 مرة من الأنسجة الرخوة.

للتشخيص، يتم استخدام الأشعة السينية مع طاقة الفوتون من 60-120 كيلو فولت. يتم استخدام طرق التشخيص بالأشعة السينية التالية في الممارسة الطبية.

1. الأشعة السينية.يتم تشكيل الصورة على شاشة الفلورسنت. سطوع الصورة منخفض ولا يمكن مشاهدتها إلا في غرفة مظلمة. يجب حماية الطبيب من الإشعاع.

ميزة التنظير الفلوري هي أنه يتم إجراؤه في الوقت الفعلي. العيب هو التعرض العالي للإشعاع على المريض والطبيب (مقارنة بالطرق الأخرى).

يستخدم الإصدار الحديث من التنظير الفلوري - تلفزيون الأشعة السينية - مكثفات صورة الأشعة السينية. يستشعر مكبر الصوت التوهج الخافت لشاشة الأشعة السينية، ويقوم بتضخيمه ونقله إلى شاشة التلفزيون. ونتيجة لذلك، انخفض تعرض الطبيب للإشعاع بشكل حاد، وزاد سطوع الصورة، وأصبح من الممكن تسجيل نتائج الفحص بالفيديو.

2. التصوير الشعاعي.يتم تشكيل الصورة على فيلم خاص حساس للأشعة السينية. يتم التقاط الصور في إسقاطين متعامدين بشكل متبادل (أمامي وجانبي). تصبح الصورة مرئية بعد معالجة الصور.

يتم فحص الصورة المجففة النهائية في الضوء المنقول.

في الوقت نفسه، تكون التفاصيل مرئية بشكل مرضي، وتختلف التناقضات بنسبة 1-2٪. وفي بعض الحالات، قبل الفحص، يتم إعطاء المريض علاجًا خاصًاعامل التباين.

على سبيل المثال، محلول يحتوي على اليود (عن طريق الوريد) لدراسة الكلى والمسالك البولية.

3. تتمثل مزايا التصوير الشعاعي في الدقة العالية وقصر وقت التعرض والأمان الكامل تقريبًا للطبيب. تشمل العيوب الطبيعة الثابتة للصورة (لا يمكن تتبع الكائن في الديناميكيات).التصوير الفلوري.

4. خلال هذا الفحص، يتم تصوير الصورة التي تم الحصول عليها على الشاشة على فيلم حساس صغير الحجم. يستخدم التصوير الفلوري على نطاق واسع في الفحص الشامل للسكان. إذا تم اكتشاف تغيرات مرضية في مخطط التألق، فسيتم وصف فحص أكثر تفصيلاً للمريض.التصوير الشعاعي الكهربائي. ويختلف هذا النوع من الفحص عن التصوير الشعاعي التقليدي في طريقة تسجيل الصورة. بدلا من الفيلم يستخدمونهلوحة السيلينيوم,

5. والتي يتم كهربتها بواسطة الأشعة السينية. والنتيجة هي صورة مخفية للشحنات الكهربائية، والتي يمكن جعلها مرئية ونقلها إلى الورق.تصوير الأوعية.

6. تستخدم هذه الطريقة لفحص الأوعية الدموية. يتم حقن عامل التباين في الوريد من خلال قسطرة، وبعد ذلك تقوم آلة أشعة سينية قوية بالتقاط سلسلة من الصور، تتبع بعضها البعض في أجزاء من الثانية. يوضح الشكل 32.6 رسمًا للأوعية الدموية للشريان السباتي.يتيح لك هذا النوع من فحص الأشعة السينية الحصول على صورة لقسم مسطح من الجسم يبلغ سمكه عدة مم. في هذه الحالة، يتم مسح مقطع معين بشكل متكرر بزوايا مختلفة، مع تسجيل كل صورة على حدة في ذاكرة الكمبيوتر. ثم

أرز. 32.6.تصوير الأوعية الدموية يظهر تضيقًا في الشريان السباتي

أرز. 32.7. مخطط التصوير المقطعي (أ) ؛ رسم مقطعي للرأس في القسم على مستوى العين (ب).

يتم إجراء إعادة بناء الكمبيوتر، والنتيجة هي صورة للطبقة الممسوحة ضوئيًا (الشكل 32.7).

يتيح التصوير المقطعي المحوسب التمييز بين العناصر التي يصل فرق الكثافة بينها إلى 1%. يسمح التصوير الشعاعي التقليدي باكتشاف الحد الأدنى من الاختلاف في الكثافة بين المناطق المجاورة بنسبة 10-20٪.

العلاج بالأشعة السينية - استخدام الأشعة السينية لتدمير الأورام الخبيثة.

يتمثل التأثير البيولوجي للإشعاع في تعطيل النشاط الحيوي للخلايا التي تتكاثر بسرعة خاصة. تُستخدم الأشعة السينية القوية جدًا (مع طاقات فوتون تبلغ حوالي 10 ميغا إلكترون فولت) لتدمير الخلايا السرطانية الموجودة في أعماق الجسم. لتقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة السليمة المحيطة، يدور الشعاع حول المريض بحيث تظل المنطقة المتضررة فقط تحت تأثيره في جميع الأوقات.

32.6. المفاهيم والصيغ الأساسية

استمرار الجدول

نهاية الجدول

32.7. المهام

1. لماذا يضرب شعاع الإلكترونات في أنابيب الأشعة الطبية نقطة واحدة من الكاثود المضاد، ولا يسقط عليها في شعاع عريض؟

إجابة:للحصول على مصدر نقطي للأشعة السينية، مما يعطي حدودًا حادة للأجسام المضاءة على الشاشة.

2. أوجد حد bremsstrahlung للأشعة السينية (التردد والطول الموجي) للجهود U 1 = 2 kV وU 2 = 20 kV.

4. تستخدم الدروع الرصاصية للحماية من الأشعة السينية. معامل الامتصاص الخطي للأشعة السينية في الرصاص هو 52 سم -1. ما مدى سماكة طبقة التدريع المصنوعة من الرصاص لتقليل كثافة الأشعة السينية بمقدار 30 مرة؟

5. أوجد التدفق الإشعاعي لأنبوب الأشعة السينية عند U = 50 kV، I = 1 mA. الأنود مصنوع من التنغستن (Z = 74). أوجد كفاءة الأنبوب.

6. تستخدم عوامل التباين لتشخيص الأشعة السينية للأنسجة الرخوة. على سبيل المثال، تمتلئ المعدة والأمعاء بكتلة من كبريتات الباريوم (BaSO 4). قارن معاملات التوهين الشامل لكبريتات الباريوم والأنسجة الرخوة (الماء).

7. ما الذي سيعطي ظلًا أكثر كثافة على شاشة تركيب الأشعة السينية: الألومنيوم (Z = 13، ρ = 2.7 جم/سم3) أم نفس الطبقة من النحاس (Z = 29، ρ = 8.9 جم/سم3)؟

8. بكم مرة يكون سمك طبقة الألومنيوم أكبر من سمك طبقة النحاس إذا كانت الطبقات تخفف من إشعاع الأشعة السينية بالتساوي؟